Когда возникают проблемы с включением какого-нибудь мобильного устройства, будь то смартфон или пульт дистанционного управления, в первую очередь меняют его элемент питания — батарейку или аккумулятор. Но убедиться в работоспособности источника энергии можно, и не заменяя его. Для этого нужно просто знать, как проверить батарейку на соответствие своим характеристикам с помощью мультиметра, а после уже принять решение о её замене.
Батарейка и её параметры
Батарейка — это элемент питания с накопленной внутренней электроэнергией. Конструктивно она представляет собой ёмкость, в которой находится вещество (электролит), обеспечивающее движение носителей заряда от одного полюса изделия к другому, тем самым создавая электрический ток. Возможно это благодаря химическим процессам, проходящим с выделением энергии. Постепенно эти процессы замедляются, и батарейка теряет способность создавать ток, то есть «садится».
Элементы питания разделяются на следующие два основных типа:
Незаряжаемые. В зависимости от используемого электролита они бывают солевые, щелочные, литиевые. Их напряжение питания составляет полтора вольта, а проходящая химическая реакция не имеет процесса восстановления.- Перезаряжаемые (аккумуляторы). Характеризуются обратимостью проходящих внутри них процессов. В качестве элементов питания применяются никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл гидридные (NiMh), литий-ионные (LiIon), свинцово-кислотные (Pb) виды аккумуляторов.
Любая батарейка состоит из трёх элементов: двух электродов (анод и катод) и агрессивной среды — электролит. Последний является жидкостью, поэтому, чтобы он не вытекал из оболочки, добавляется полимерный загуститель. Анод выполняется в порошковом виде. При его реакции с электролитом он постепенно растворяется, в результате образуются свободные заряды, которые тут же поглощаются, и наступает равновесное состояние.
Если подключить источник питания к электрической цепи, в нём начинаются окислительно-восстановительные реакции. На аноде возникает избыток электронов, которые притягиваются катодом. Перераспределение зарядов приводит к появлению на электродах разности потенциалов.
Со временем изначальный состав анода и катода изменяется, а количество электролита уменьшается. При прохождении реакции возникают вещества, препятствующие движению зарядов. Всё это приводит к тому, что сила тока, отдаваемая батарейкой, уменьшается, а вместе с ней снижается и разность потенциалов.
Аккумуляторы по своей сути работают аналогично батарейкам. В них также при истощении анода электроны больше не образуются, а аккумулятор теряет силу тока и напряжение. Но из-за типа используемого материала анод имеет способность к восстановлению. Для этого через него пропускается электрический ток, приводящий к его обогащению и восполнению заряда.
Характеристики элементов питания
Все параметры батареек разделяются на два основных вида: электрические и физические. К первым относят типоразмер изделия и его геометрическую форму. Но как бы ни выглядела батарейка, конструктивно она всегда имеет два вывода: положительный и отрицательный. Обозначаются они на корпусе соответственно знаками «+" и «-".
К основным характеристикам батареек относится:
Рабочее напряжение. Это параметр показывает значение разности потенциалов между анодом и катодом элемента питания. На сегодняшний день батарейки выпускаются с напряжением 5 и 9 вольт. А вот аккумуляторы могут выпускаться с напряжением: 1,2; 2,4; 6; 12 вольт. При этом довольно часто можно встретить последовательное объединение нескольких однотипных аккумуляторов в одном корпусе, в результате рабочая разность потенциалов будет кратна приведенным значениям.- Ёмкость. Считается главным параметром, характеризующим длительность работы батарейки. Она показывает количество энергии, которую элемент может отдать. Этот параметр зависит от многих факторов, основными из которых являются геометрические размеры и используемые при изготовлении вещества. То есть если ёмкость батареи составляет 10 ампер-часов, то это значит, что она сможет питать нагрузку током 1 ампер в течение 10 часов или током 5 ампер 2 часа.
- Ток разряда. Это наибольший ток, который может выдать элемент питания за короткое время в режиме короткого замыкания. Определяется в большей мере ёмкостью элемента. По сути, это скорость разряда, то есть количество тока, которое может отдать источник питания на 1 ампер своей ёмкости.
- Саморазряд. Этот параметр применим более к аккумуляторам, чем батарейкам, хотя присущ и тем, и другим. Для батареек он настолько ничтожный, что практически никогда не рассматривается. Заключается он в потери ёмкости питателя без подключения его к нагрузке. Обычно эта величина указывается в процентах.
Методы измерения
При исследовании батареек чаще всего измеряются два параметра — ёмкость и напряжение. Для замеров характеристик могут использоваться как лабораторные стенды со специализированными электронными приборами, так и тестеры бытового уровня.
К специализированным приборам относятся тестеры, измеряющие только определённый параметр. Например, вольтметр или измеритель ёмкости. Такие устройства в основе своей работы используют микроконтроллеры и специальные анализаторы, а их работа полностью автоматизирована. При этом они могут быть как полностью законченными устройствами, так и приборами, предназначенными для подключения к персональному компьютеру.
И также существуют универсальные измерители, которые при подключении к ним элемента питания выводят результаты измерений сразу нескольких параметров. Но обычно они уступают по точности специализированной технике.
Кроме этого, для получения общих сведений о работоспособности источника питания можно использовать светодиоды или пьезодинамики. С помощью отрезков проводов на них подаётся напряжение с батарейки, и визуально или по звуку оценивается годность элемента. Но получить достоверные показатели без проверки тестером не удастся. При этом неважно, будет он цифрового или аналогового типа.
Использование мультиметра
Мультиметром называется прибор, предназначенный для измерения различных электрических параметров. По своему принципу работы тестеры могут быть цифровыми или аналоговыми. Независимо от этого, их важными характеристиками является точность и диапазон измерения. Чем эти характеристики выше, тем меньше будет погрешность полученного результата.
Перед тем как проверить тестером батарейку, необходимо его правильно настроить и убедиться в работоспособности его источника питания. При недостаточном напряжении, поступающем на схему измерителя, полученные показатели будут искажены.
Для того чтобы пользователь точно знал, когда следует заменить питающий элемент, в цифровом приборе предусмотрена индикация. Для этого встроенный анализатор следит за уровнем напряжения питающей его батарейки и в случае возникновения с ней проблем сигнализирует мигающим значком на экране прибора. А для аналогового тестера поводом для замены питающих элементов будет невозможность выставить стрелку прибора в нулевое положение.
Для получения правильного результата стоит не только использовать подготовленный прибор, но и проводить измерения при температуре, находящейся около 20 градусов по Цельсию. Это связано с тем, что параметры аккумулятора при изменении температуры изменяются, особенно это касается его нагрева.
Замер величины напряжения
Проверить уровень напряжения тестером совсем несложно. Для этого понадобится соединить красный штекер провода с гнездом прибора, обозначенного VΩ или просто V, а чёрный — с гнездом СОМ. А затем установить галетный переключатель в зону DCV на значение, превышающее номинальный уровень напряжения батарейки.
Следующим этапом будет соединение концов проводов с измеряемой батарейкой. Для этого красный щуп мультиметра присоединяется к её плюсовому выводу, а чёрный — к минусовому. После этого прибор включается, а на дисплее появляется число, обозначающее напряжение в вольтах.
Таким образом, можно проверить мультиметром как аккумулятор телефона, автомобиля или любого другого устройства, так и простую батарейку. Но при этом следует знать, если даже уровень напряжения будет в норме, то это совсем не значит, что источник питания окажется полностью работоспособным.
Проверка ёмкости
Напрямую проверить ёмкость батарейки мультиметром, несмотря на универсальность прибора, не получится, так как у него просто нет такой функции. Но измерить время разряда, а после высчитать ёмкость вполне возможно. Чтобы это сделать, понадобится выполнить ряд действий:
Мультиметр переключается в режим измерения тока. Для этого красный провод переставляется в гнездо — 10 A, а чёрный в COM.- Регулятор выбора диапазона устанавливается на наибольшее число в диапазоне измерения постоянного тока. Этот диапазон может обозначаться как DCA или A-.
- Быстрым прикосновением щупов (не более секунды) дотрагиваются до выводов батарейки, соблюдая при этом полярность: красный — плюс, чёрный — минус.
- В момент прикасания к батарейке визуально контролируется экран и запоминается число, которое там появится.
- Если значение силы тока будет менее 0,4 ампера, то батарейку можно считать негодной, и измерения проводить дальше нет смысла.
Когда стоит задача узнать именно ёмкость аккумулятора, измерения продолжают. Для этого используется правило, что ёмкость находится путём умножения, проходящего через сопротивление тока, на затраченное для этого время. Поэтому, кроме мультиметра, понадобится переменное сопротивление порядка 100 Ом, включённое в разрыв красного щупа.
Этот метод подходит для измерения предварительно полностью заряженного аккумулятора, но никак не простой батарейки. Ведь если проверять её ёмкость, то в конце измерения она просто потеряет свой ресурс.
Итак, когда схема собрана, понадобится коснуться щупами анода и катода аккумулятора и с помощью резистора установить ток разряда порядка 500 mA. После надо включить секундомер и контролировать напряжение на батарейки с помощью другого тестера. Как только оно опустится ниже 30% от номинального напряжения, секундомер останавливают. Затем, умножив полученное время в часах на ток, получают искомое значение ёмкости.
Нахождение сопротивления
Ещё одно измерение, позволяющее установить, в каком состоянии находится батарейка, заключается в нахождении её внутреннего сопротивления. Но кроме непосредственно самого измерителя, понадобится мощная лампочка на 12 вольт вроде той, что устанавливается в машинах.
Метод измерения заключается в выполнении следующей последовательности действий:
Параллельно к исследуемому объекту подключается лампочка, и с помощью тестера измеряется напряжение.- Снова измеряется напряжение на выводах батарейки, но уже при отсоединённой лампочке.
- Измеряется сила тока, проходящая через лампочку. Для этого тестер переключается в режим измерения постоянного тока, а лампочка соединяется последовательно с батарейкой.
На основании полученных данных, используя закон Ома для участка цепи, вычисляется внутреннее сопротивление аккумулятора, и делается вывод. Например, при подключённой лампочке было получено напряжение U1, равное 4 вольта, а без неё U2 — 4,1 вольта. А измеренная сила тока составила I = 1,45 А. Подставив эти значения в формулу, надо найти внутреннее сопротивление. Для рассматриваемого примера оно будет равно:
R = (U2-U1)/I = (4,1−4)/1,45 = 0,07 Ом.
Таким образом, проведя комплекс измерений, можно будет с уверенностью утверждать о состоянии аккумулятора или батарейки. При этом большое внутреннее сопротивление батарейки будет означать значительное ухудшение её состояния и быструю деградацию.
